利用远震P波接收函数研究漾濞MS6.4地震孕震环境

2021年5月21日我国云南省大理州漾濞县发生了MS6.4级破坏性地震,该地震的深部孕震环境研究对理解其成因极为重要.本文利用滇西北地区 68个密集地震台站记录的远震波形数据,提取 P波接收函数,采用两步反演法和Bootstrap重采样统计技术,获取了滇西北地区精细的地壳上地幔 80 km深度范围内的 S波速度结构.结合前期所得地壳厚度与泊松比分布情况分析认为:滇西北地区地壳 S波速度结构在横向上和垂向上都具有强烈的非均匀性,浅表约有4 km厚的低速沉积层,中上地壳呈高低速相间分布特征;20～40 km深度范围内存在低速层,分布在维西—乔后—巍山断裂与红河断裂两侧.从横向上看,漾濞地震发生在维西—乔后—巍山断裂西侧的高低速过渡地区和泊松比高梯度带上.从垂直剖面上看,漾濞地震发生在中下地壳具有明显低速层、而上覆为相对高速的脆性地壳中,震源区地壳内存在的低速体为此次漾濞地震提供了可能的孕震环境.滇西北地区的中下地壳低速层被断层限制在特定的区域内,且该地区存在莫霍面隆起中心、非常高的泊松比值(＞0.3)以及上地幔低速异常,考虑到高热流、地幔高导层隆起、温泉幔源特征等综合分析推测低速体可能与地幔热物质上涌有关.     

利用接收函数研究渭河地堑及其周边地壳结构

利用接收函数方法对横跨秦岭造山带、渭河地堑及鄂尔多斯块体的15个地震观测台站下方的地壳结构进行研究分析,结果表明三种不同类型（造山带型、拉张盆地型和稳定克拉通型）的构造单元的地壳结构和物质组成存在明显的差异．秦岭北缘平均地壳厚度为37．8km,泊松比为0．247,相对偏低的泊松比表明地壳物质长英质组分增加．鄂尔多斯块体南缘平均地壳厚度为39．2km,泊松比为0．265,偏高的泊松比与鄂尔多斯下方古老的铁镁质结晶基底以及浅部沉积有关．通过接收函数正演计算表明低速的、厚度较大的松散沉积层对Mohorovicic不连续面（Moho）的震相具有较大影响,是渭河地堑内部台站的接收函数Moho转换震相不清楚的主要原因．S波速度结构反演结果表明渭河地堑上覆松散沉积层,其厚度约为4-8km,该沉积层使得位于渭河地堑内台站的接收函数Moho震相复杂．另外渭河地堑下方中下地壳位置存在一高速区域,该高速体可能与渭河断裂系统的活动有关．     

利用远震P波接收函数研究中国福建地区地壳厚度和泊松比

地壳厚度和泊松比是反映地壳结构和内部物质组成的重要参数,能够为区域构造和动力学研究提供重要依据.本文基于福建地区分布相对均匀的88个测震台2014—2017年的远震波形数据提取P波接收函数,采用H-κ叠加获得台站下方的地壳厚度和泊松比,并与该地区已有的研究结果进行对比、分析及整合,最终获得了研究区117个观测台站下方的地壳厚度和泊松比,揭示了中国福建地区地壳结构和泊松比变化特征.结果显示:(1)研究区内地壳厚度整体较薄,在27.4~34.3 km之间,平均值为31.4 km.地壳厚度从西北往东南减薄,具有明显条带和块状特征,与地壳主要深大断裂的分布有一定相关性.本文以更为密集的台站结果进一步验证了研究区具有由陆壳向洋壳逐渐减薄的过渡特征,并揭示了地壳新的局部起伏.这也意味着福建地区从内陆到沿海并非线性减薄,存在小尺度横向非均匀性.(2)研究区内泊松比平均值为0.25,范围为0.20~0.30,北部整体偏高,南部整体较低,泊松比分布特征与该区地壳物质组成和矿物含量密切相关.沿海地区泊松比明显高于内陆地区,推测与沿海地区较高的热流值和幔源物质底侵过程有关.(3)地壳厚度与泊松比成负相关,推测在地壳伸展背景下,古太平洋板块俯冲华南大陆,幔源物质进入地壳,在造成莫霍面抬升的同时提高了泊松比.     

滇西北地区地壳厚度与泊松比分布及其意义

利用滇西北地震亚失稳观测实验区43个密集观测台站记录的2018年4月5日—12月30日远震三分量波形数据,计算并分析滇西北地区的地壳厚度和泊松比变化情况。结果表明:①研究区的地壳厚度总体呈现北深南浅的变化特征,且形成以云龙、蝴蝶泉—阳和、岩曲—羊窝棚—哨横为中心的3个莫霍面隆起区,在26°N附近形成一个向南的舌状突出,呈现两隆两凹状的莫霍面结构;②研究区泊松比为0. 209～0. 328,整体被2条对角线分隔呈四象限分布,北、南两区是高泊松比(σ 0. 28)地区,推测地壳物质富含铁镁质成分,西、东区为低泊松比(σ0. 26)区域,地壳物质可能富集长英质成分;③云龙、蝴蝶泉—阳和以及南涧—红土坡地区的高泊松比(σ 0. 3)可能是上地幔物质底侵致使下地壳物质部分熔融引起;维西—乔后—巍山断裂北段的通甸—建基村,其与龙蟠—乔后断裂交汇的丰乐—禾头,以及维西—乔后—巍山断裂中段的脉地—紫阳村—瓦窑—太邑—岔河,是泊松比高梯度带,具备发生中强以上地震的孕震环境。     

利用远震接收函数反演黔江地震台下方的速度结构

本文选取黔江地震台2007年至2011年记录到的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,并用H-Kappa叠加法来反演台站下方的地壳厚度和泊松比,最终得到了黔江地震台下方的地壳速度结构。同时,通过H-Kappa法反演得到的台站下方的地壳厚度作为波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性。计算结果显示,黔江地震台下方的地壳厚度为44km,这与广泛认同的中国大陆中西部地区莫霍深度在38—45km基本一致。本文对增强该地区深部地质构造特征研究和孕震机制分析具有积极的意义。     

利用远震接收函数反演重庆地震台下方的速度结构

选取重庆地震台2010年至2012年记录的60个远震宽频带数字地震记录,采用频率域反褶积法获得台站的接收函数,采用H-Kappa叠加方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,作为台站下方波速反演的约束条件,以减少反演的非唯一性.计算结果显示,重庆地震台下方地壳厚度为42 km,与中国大陆中西部地区Moho面深度在38-45 km保持一致.该研究对增强该区的深部地质构造特征、分析孕震机制等具有积极意义.     

华南沿海地区地壳厚度与泊松比研究

华南沿海地区地壳厚度和泊松比分布是了解该地区板块运动和地球内部物质结构的重要依据.本文利用广东台网和福建台网共75个固定地震台记录到的2001-2008年远震波形的接收函数,通过H-κ叠加法获得了74个台站下方平均地壳厚度和泊松比值的有效估计,结合该区断裂分布、地震活动和地形地貌特征,得出以下结论:(1)该区地壳厚度范围在26~32 km之间,由陆向洋、自北向南减薄.泊松比0.23~0.28,由陆向洋增加,地壳厚度与泊松比变化分别和地表地形呈正相关和负相关;(2)地壳厚度和泊松比呈块状和带状分布,对应该区的断裂活动,其过渡带变化地区与地震分布一致,震群区和地幔上隆区对应泊松比的急剧增加;(3)该区主要以中、酸性地壳物质为主,地壳厚度与泊松比在近海区的构造伸展作用和褶皱区的逆冲推覆作用影响下,分别呈正、负消长关系,揭示该区不同时代和不同区域构造演化模式的差异.     

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明: (1)首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;(2)首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15 km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8 km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8 km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大(~40 km),而唐山以东地区地壳较薄(28~32 km);(3) 研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;(4)研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的地壳变形运动与热效应.     

鲁西隆起、沂沭断裂带及胶南隆起区域地壳厚度、泊松比分析

利用远震接收函数方法得到鲁西隆起、沂沭断裂带及胶南隆起区域30个宽频带地震台站下方的地壳厚度、泊松比值。结果显示:该区域地壳厚度和泊松比呈现不均一、变化大的特征,其中泰山地区、沂沭断裂带郯城—莒县段及RZH台下方地壳厚度值小、泊松比值高。经分析认为,鲁西隆起地壳厚度薄、泊松比值高的区域与底部地幔物质上涌及热侵蚀作用相关;沂沭断裂带地壳厚度和泊松比具有明显分段的特征,体现在断裂带郯城—莒县段地壳厚度薄、泊松比高;莒县—安丘段与断裂两侧的地壳厚度、泊松比值相近,说明其壳幔相互作用主要体现在郯城—莒县段;胶南隆起地区仅RZH台站下方地壳厚度值低、泊松比值高,结合该区域重力异常梯度带特征,推测大型的北北东向断裂带可能是造成RZH台站下方低地壳厚度值和高泊松比值的原因。     

运用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法对比研究云南地区地壳结构

利用云南及其邻区59个宽频地震台站记录到的30°~100°远震资料,采用P波接收函数方法对云南地区的地壳厚度和地壳平均泊松比分布进行分析。研究结果显示:用H-k扫描和人工读取震相到时两种方法得到的云南地区地壳厚度和泊松比分布情况较为吻合。研究区域内Moho面埋深南浅北深,横向变化达30~40 km。在川滇菱形块体东南缘,地壳厚度等值线呈东南向舌状突出。泊松比呈块体分布特征,断裂两侧差异显著。高泊松比的分布主要集中在滇缅泰块体内和研究区域北部以及小江断裂附近,这与该区处于印度板块与欧亚板块碰撞俯冲前缘的特殊地理位置有关。     

利用接收函数研究河南及邻区的地壳深部构造特征

本文利用接收函数反演了河南及邻区26个宽频带地震台站下方的地壳厚度和波速比。研究结表明:河南省地壳厚度及泊松比分布与地质构造密切相关。主要表现为:(1)太行山断块,地壳厚度由东向西逐渐递增,地壳深度范围为31.8~40.2km,区域东北部永年台及附近台站泊松比为0.23~0.25,与较大范围的花岗岩分布有关,主要是石英、长石含量高,焦作台、涉县台、浚县台泊松比为0.26~0.27,表明铁镁质和长英质成分含量相当。(2)东部黄淮海平原块地,地壳厚度为28~34km,其中驻马店台、尖山台和浚县台,地壳厚度分别为30.5km、34.9km和31.8km,该地区泊松比变化范围比较稳定,数值在0.24~0.25之间。(3)在秦岭地块断裂活动强烈,卢氏台下方的地壳厚度为38.4km、泊松比为0.23,反映出燕山运动使该地区地壳盖层产生了褶皱台隆和地幔酸性岩浆的侵入活动。南阳盆地北部地壳厚度反演结果为28.8km,泊松比为0.29,泊松比升高,表明以中性、基性岩石为主,地壳岩石中铁镁质成分明显增加,是由于地幔物质深度侵入改变了部分地区的岩石性质。(4)大别山地块位于苏鲁-大别超高压变质带,由大别山北部的商城台向南至大别山地块内的金寨台存在地壳厚度梯度带,地壳厚度从31.8km增加至35.8km,而泊松比由0.27下降到0.24,反映出陆相褶皱带内的逆冲推覆构造的显著特征。     

云南地区地壳速度结构的层析成像研究

利用地震波到时和体波层析成像方法反演了云南地区的P波速度结构,根据不同深度的速度异常分析了主要断裂和区域动力作用的深部效应,揭示出壳内低速层的分布范围以及与下地壳流动的联系.研究结果表明,哀牢山-红河断裂两侧的地壳速度结构存在明显的差异,滇中地区的速度异常分布与小江断裂、元谋断裂、程海断裂等南北走向的断裂一致,反映了青藏东部地壳块体顺时针旋转产生的构造效应;滇西南的速度异常分布与哀牢山-红河断裂、无量山断裂、澜沧江等断裂的走向平行,显示了印支块体朝东南方向挤出产生的影响;沿着南汀河断裂分布的低速异常则与印缅块体侧向挤压引起的构造活动有关.壳内低速异常具有分层和分区特征:在哀牢山-红河断裂西侧和澜沧江之间主要分布在地壳中上部,在小江断裂和元谋断裂附近分布在地壳中下部,在滇中地区则广泛分布于地壳底部至莫霍面附近,东、西两侧分别受到小江断裂和哀牢山-红河断裂的限制.其中攀西地区的低速异常与小江断裂和元谋断裂在此附近交汇形成的热流传输通道以及张裂时期强烈的壳幔热交换有关;在哀牢山-红河和澜沧江地区,除了印支块体向东南方向的挤出之外,印缅块体的侧向挤压和向东俯冲也对地壳深部的构造变形产生了一定的影响,由此引发的地幔上涌将导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成低速层.因此,哀牢山-红河断裂不仅在地壳浅部是分隔印支块体和华南块体的地质界限,也是控制两侧区域深部构造变形和壳内韧性流动的分界.     

南襄盆地及邻区地壳厚度与泊松比研究

利用河南、湖北、陕西地震台网共27个固定台站记录到的2014～2016年远震波形的接收函数,通过叠加获得了南襄盆地及邻区26个台站下方的地壳厚度和泊松比,结合该区地形地貌特征、断裂分布和地震活动,得出以下结论:(1)南襄盆地及邻区的地壳厚度与地形变化关联紧密,呈现出由NE向SW方向增厚的趋势,地壳厚度为30～41km;(2)泊松比高值集中在房县-兴山附近,为0.31～0.34,这可能与区域内大量出露寒武-奥陶系的辉长岩、苏长岩等铁镁质基性岩相关;低值为0.18～0.24,分布在商南-西峡-淅川一带,与区域内存在大量的长英质岩有关,它们与南襄盆地内的新生代沉积地层形成整合接触关系。由此可推断,在淅川、西峡一带存在因介质的较大差异而导致地震射线在传播过程中出现反射的可能。     

大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度与泊松比分布特征

利用2009～2016年内蒙古自治区数字地震台网宽频带固定地震台站的远震波形数据,采用接收函数H-k算法获得23个基岩台站下方的莫霍面深度和泊松比,同时,收集并筛选出277个已有探测台阵和流动台站的接收函数研究结果,综合分析给出大兴安岭造山带及两侧邻区莫霍面深度、泊松比的分布特征。研究表明,研究区域的莫霍面在整体上呈现自东向西逐渐加深的特征,莫霍面深度为25.0～42.3km,平均约为33.5km。莫霍面最浅的区域为松辽盆地(深度为27.0～35.0km),最深的区域为大兴安岭重力梯级带以西地区(深度为41.0～42.3km)。研究区域泊松比为0.19～0.33,平均值为0.26,大于全球大陆地壳的平均值。泊松比高值异常区集中在火山岩区及具有较厚沉积层的盆地。台站所处位置的海拔与莫霍面深度之间具有较强的正相关性,艾里补偿模式在研究区成立,莫霍面起伏与区域地形地貌特征间具有显著的镜像关系。大兴安岭地区的莫霍面深度与泊松比间存在显著的反相关关系,而在松辽盆地及周缘地区未发现明显的规律性,这也意味着松辽盆地在构造演化过程中经历了更为复杂的地壳改造过程。     

福建—台湾海峡深部地壳结构探测与滨海断裂带性质研究

基于2012年实施的漳浦—下洋—武平人工地震爆破探测数据以及2015年实施的陆海联测HX07的数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了福建南部—台湾海峡的初步二维纵波速度模型。剖面显示:滨海断裂带表现为宽约20km的切穿地壳的破碎低速带,与其两侧的地壳结构存在较大的横向差异,莫霍面在滨海断裂带处发生较大的突变,其深度由左侧的30km左右抬升至右侧的28.8km左右,上下地壳厚度比亦由靠陆一侧的1:1降至向海一侧的0.5:1;上述特征表明滨海断裂带是华南地块正常型陆壳与海区减薄型陆壳的分界断裂。地壳速度在海陆过渡带偏高,康拉德面和莫霍面在此处也有显著抬升,推测其可能是在地壳的伸展拉张及太平洋板块与菲律宾海板块向欧亚大陆板块的俯冲的共同作用下,深部软流圈物质沿着长乐—诏安深大断裂上侵形成的。     

CRUSTAL STRUCTURE FROM YUNXIAN-NINGLANG WIDE-ANGLE SEISMIC REFLECTION AND REFRACTION PROFILE IN NORTHWESTERN YUNNAN,CHINA

The Red River Fault in western Yunnan is one of the longest strike-slip faults in China and has a high seismic potential. To investigate its complicated structure, a near-NS directed 300km long wide-angle reflection/refraction seismic profile was laid out from Yunxian to Ninglang, across the Red River Fault. The 2-D velocity structure model along the profile was obtained through 1-D and 2-D analysis and fitting the observed data with combination of first-arrival traveltime tomography and forward modeling. The results indicate:In the crust, the average P-wave velocity is 6.2~6.3km/s and basically shows a positive gradient structure, but there are some low velocity anomalies at different area in upper and lower crust. Regarding the crust boundary, a relative large lateral variation exists in the depth of Moho, which goes deeper from south to north, ranging from 45km to as deep as 54km; compared to other typical continental crust, the study area demonstrates a striking thickening. It should be mentioned that the crustal thickening is mainly observed in the lower crust, while the upper and middle crust possess nearly constant thickness. We observed strong seismic velocity contrast across the Red River Fault, which emphasizes the role of the fault as an important tectonic boundary between Yangtze paraplatform and Sanjiang geosynclinal system. Along the profile, the Moho depth has no remarkable variation when crossing the Red River Fault. Combining with other study results on nearby area, it proves that there is notable heterogeneity between different parts of the Red River Fault.     

云南西部地壳深部结构特征

在云南西部,穿过红河、小江断裂带完成了一条长360 km、呈北东向的深地震宽角反射/折射剖面.通过对该测线的观测资料进行一维、二维模拟解释,得到了沿剖面的二维地壳速度模型.研究结果显示,沿测线Moho界面埋深横线变化大,其西南侧Moho埋深约35 km,东北侧Moho最大埋深可达43 km.沿剖面从西南到北东方向,地壳平均P波速度从5.9 km/s逐渐增加到6.13 km/s,但显著低于全球大陆平均值.结合以往的接收函数和面波联合反演结果,我们推算沿测线从西南到东北,其下方地壳泊松比介于0.23~0.25之间.剖面西南侧上地壳具有异常低的P波速度和泊松比,暗示其下方上地壳以α-相长英质组分为主;而剖面东北上地壳相对较高的P波速度和泊松比则暗示其物质组成以花岗岩-花岗闪长岩为主.研究区下地壳的P波速度和泊松比分别介于6.25~6.75 km/s和0.24~0.26 km/s之间,暗示其上部组成以花岗岩相的片麻岩为主,而下部组成则以角闪石类岩石为主.红河断裂两侧地壳速度显著不同,从浅到深其速度差异逐渐变弱,但红河断裂两侧地壳厚度变化较大.而小江断裂下方两侧地壳速度和地壳厚度变化并没有红河断裂那么明显.     

华北克拉通西部块体北缘及邻区地壳厚度与泊松比分布特征

收集了2010—2011年华北克拉通西部块体北缘及邻区布设的36个流动地震台和2009—2016年内蒙古自治区数字地震台网17个宽频带固定地震台站的远震事件波形数据, 采用接收函数H-κ算法分析获得了53个基岩台站下方的地壳厚度和泊松比结果。 此外, 结合已有的81个台站的研究成果, 给出华北克拉通西部块体北缘及邻区地壳厚度与泊松比分布特征。 综合分析认为, 研究区地壳厚度在整体上呈现自东向西渐变的特征, 最厚的地方出现在华北克拉通西端的阿拉善地块(～48.7±3.0 km)。 研究区平均泊松比为0.27, 泊松比高值异常出现在河套断陷带, 意味着可能具有较高的地壳温度或者存在壳内部分熔融。 研究区内不同构造单元呈现出显著的地壳厚度和泊松比分布特征的差异性, 意味着在华北克拉通构造演化过程中, 不同地区经历了不同的地壳改造过程。     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.